润滑膜厚度超声测量技术原理及工程应用

摩擦学研究者致力于润滑机制的研究，通过计算获得润滑状态的基本规律，而润滑工程师通过润滑参数设计保证摩擦副的性能与寿命，但真实机器摩擦部件中的动态油膜厚度及其分布极难获得。聚焦上述工程应用瓶颈，本书系统地展示了机械装备关键摩擦副润滑膜厚度的超声在机测量技术，力图将摩擦学润滑理论设计向实际运行状态延伸，构筑状态监测领域新方法。 　　本书内容主要包括：超声测量基本原理、多层平行结构中的膜厚计算模型、曲率接触摩擦副中的补偿方法、膜厚与磨损同步测量模型、参考信号在线重构方法、在线温度补偿算法等内容，幵在各部分都给出了实际工程算例，尤其在最后两章系统介绍了两类典型装备中的应用实例，丰富了内容的实践性和工程性。 　　本书内容融合了摩擦学、流体力学、声学、信息科学等多个学科领域知识，汇集了作者团队30余篇国际学术论文、20余项中国国家发明专利的学术成果，具有鲜明的创新知识与技术富集特点。本书以认知规律组织知识逻辑结构，知识框架完整，理论与实践融合，兼具前沿性、创新性与工程实用性，不仅能够为摩擦学、故障诊断、智能运维背景相关的广大学者与工程技术人员提供借鉴，亦可作为高等院校机械工程、仪器仪表等专业研究生教材或参考工具用书。

武通海，1976年9月生，西安交通大学教授、博士生导师，高端装备复杂传动系统智能运维创新团队核心成员，陕西省首批中小企业首席工程师、西安交通大学首批“王宽城青年学者”、陕西省“秦创原创新人才”计划获得者；现担任现代设计及轴承转子系统教育部重点实验室副主任，机械工程学院机械工程专业系主任、Measurement期刊副编辑（AE）。长期从事高端装备状态感知方向研究工作，研发了首套运动磨粒在线监测系统、润滑油膜超声在线测量系统，在军工、航空、航天装备上得到推广应用。主持国家自然科学基金项目6项，发表学术论文100余篇，获授权发明专利及软件著作权50余项，完成科技成果转化8项。 曾获军队科技进步二等奖、陕西高等学校科学技术一等奖、中国国际工业博览会高校展区优秀展品一等奖、中国机械工程学会优秀论文奖等。

序 前言 第1章绪论 1.1润滑的内涵与分类 1.2润滑状态的表征及验证方法 1.2.1Stribeck曲线 1.2.2润滑状态的计算方法 1.2.3润滑状态的测试方法 1.3润滑膜厚度测量方法 1.3.1光学法 1.3.2电学法 1.3.3超声反射法 1.4润滑膜厚度超声测量的研究进展 1.4.1滑动轴承 1.4.2滚动轴承 1.4.3缸套-活塞环系统 1.4.4未来发展方向 参考文献 第2章润滑膜厚度超声测量原理及系统 2.1超声波的基本概念 2.1.1超声波传播的声学参量 2.1.2超声波的传播特性 2.2润滑膜厚度超声测量系统 2.2.1基本构成原理 2.2.2超声测量传感器 2.2.3超声波的发射与接收 2.2.4测量系统的集成与实现 2.3润滑膜厚度超声测量的标定方法 2.3.1几何法 2.3.2位移法 2.4本章小结 参考文献 第3章三层平行结构的润滑膜厚度测量模型 3.1时域膜厚计算模型 3.1.1飞行时间模型 3.1.2统一时域模型法 3.2频域的膜厚计算模型 3.2.1共振模型 3.2.2弹簧模型 3.2.3相位模型 3.2.4复合模型 3.2.5模型的适用范围 3.3计算模型的标定结果 3.3.1共振模型的标定 3.3.2弹簧模型的标定 3.3.3相位模型的标定 3.3.4复合模型的标定 3.3.5统一时域模型的标定 3.4算例 3.4.1实验对象 3.4.2实验过程 3.5本章小结 参考文献 第4章多层结构中的膜厚测量模型 4.1衬层对超声回波信号的影响及回波分离方法 4.1.1回波信号的类比分离方法 4.1.2回波信号的数学构造方法 4.2四层结构膜厚计算的连续介质模型 4.2.1多层结构的连续介质模型 4.2.2四层结构大范围膜厚计算模型 4.2.3四层结构膜厚计算模型的参数影响规律 4.3四层结构计算模型的验证 4.3.1标定实验步骤 4.3.2标定结果 4.3.3误差分析 4.4算例 4.5本章小结 参考文献 第5章滚子轴承线接触摩擦副的油膜厚度测量方法 5.1空间分辨率不足的问题 5.2提高膜厚测量分辨率的方法 5.3弹流润滑理论 5.4射线模型法 5.5修正的射线模型 5.6声学有限元仿真分析 5.6.1声学有限元仿真模型构建 5.6.2线接触摩擦副接触声学有限元仿真 5.6.3射线模型误差验证 5.6.4实测反射系数补偿系数构建 5.7算例 5.7.1实验对象 5.7.2实验结果 5.7.3实验数据分析 5.8本章小结 参考文献 第6章润滑膜厚与累积磨损同步测量模型 6.1润滑膜厚与轴承累积磨损同步测量问题分析 6.2同步测量模型 6.2.1油膜厚度的计算方法 6.2.2衬层磨损深度的计算方法 6.3粗糙度对同步测量模型的影响分析 6.3.1有限元仿真 6.3.2光滑衬层表面的回波信号分析 6.3.3衬层表面粗糙时的回波信号分析 6.4膜厚与衬层磨损同步测量模型标定 6.4.1实验步骤 6.4.2油膜厚度测量结果 6.4.3衬层磨损深度测量结果 6.5算例 6.6本章小结 参考文献 第7章超声测量参考信号的在机标定方法 7.1基于声波反射原理的参考信号重构方法 7.1.1利用反射信号极小值点采集入射信号相位方法 7.1.2基于最小均方拟合的自动标定方法 7.1.3基于卡尔曼滤波的参考信号自适应重构方法 7.2基于极值点现象的参考信号重构方法 7.2.1回波个数对共振模型的影响 7.2.2重构算法 7.2.3算法验证 7.3算例 7.4本章小结 参考文献 第8章超声测量模型的温度补偿方法 8.1温度效应机理分析 8.1.1温度对声波传播介质的影响 8.1.2温度对参考信号的影响 8.2三层结构膜厚计算模型的温度补偿方法 8.2.1润滑油声速和密度的补偿 8.2.2参考信号补偿 8.2.3实验验证 8.3四层结构膜厚计算模型的温度补偿方法 8.3.1厚衬层结构中参考信号的补偿策略 8.3.2实验验证 8.4算例 8.5本章小结 参考文献 第9章燃油齿轮泵滑动轴承的润滑膜厚度测量应用 9.1燃油齿轮泵滑动轴承摩擦副简介 9.2滑动轴承油膜测试信号处理方法 9.3滑动轴承润滑膜厚度测量方案 9.3.1测点布置方案 9.3.2实验台及测量系统 9.3.3基础参数测量 9.4油膜厚度动态测试结果与分析 9.4.1进口温度为25℃下的膜厚测量结果 9.4.2进口温度为50℃下的膜厚测量结果 9.4.3进口温度为75℃下的膜厚测量结果 9.4.4进口温度为100℃下的膜厚测量结果 9.4.5进口温度为125℃下的膜厚测量结果 9.5最小油膜厚度及其位置 9.6理论分析与实测结果对比分析 9.6.1径向滑动轴承润滑膜计算模型 9.6.2理论计算与实测结果对比 9.7本章小结 参考文献 第10章燃油柱塞泵摩擦副的润滑膜厚测量应用 10.1滑靴副及配流副简介 10.2台阶状摩擦副的超声信号处理方法 10.2.1台阶状膜厚测量的问题分析 10.2.2融合双反射回波的反射系数提取方法 10.3燃油泵的油膜厚度测量方案 10.3.1测量方案设计 10.3.2油膜厚度测点的分布 10.3.3材料参数测量 10.4实验及结果分析 10.4.1实验工况设置 10.4.2滑靴副的测量 10.4.3配流副的测量 10.5本章小结 参考文献